物理选修3-1静电场知识点详解及习题辅导3(很细)

1第3课时电场的能的性质知识点一：电场力做功与电势能变化1．静电力做功的推导和特点结合课本图1。4-1（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。q沿直线从A到Bq沿折线从A到M、再从M到Bq沿任意曲线线A到B结果都一样即：W=qELAM=qELABcos=qEAM（这一公式适合任意电场）【结论】：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关。与重力做功类比，引出：2.电势能（标量）(1)定义：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。（2）符号：EP单位：J（3）电势能的大小与零点势能的选取有关。通常取无穷远处或大地为电势能的零点（4）电势能是标量，符号表示大小3.静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的变化量。写成式子为：PBPAEEWAB注意：①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加②．电场力力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变。③．在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。④．求电荷在电场中某点具有的电势能电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电势零点电场力所做的功W的。即EP=W2⑤．求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A点电势能大于在B点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在B点的电势能小于在B点的电势能。⑥电势能零点的规定若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位置。关于电势能零点的规定：P19（大地或无穷远默认为零）所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。如上式若取B为电势能零点，则A点的电势能为：ABABPAqELWE知识点二：电势差（标量）1．定义：电场中两点间电势的差值叫做电势差．也叫电压2．定义式：也可这样说，电荷在电场中两点间移动时，电场力所做的功跟电荷电量的比值，叫做这两点间的电势差，也叫电压。即：，电场中A、B两点间的电势差只取决于A、B两点在电场中的位置，与参考点的选取及被移动的电荷无关，U跟W、q无关。3．静电力做功与电势差的关系：ABqUABW或qUABABW。适用于任意电场4．电势差是标量，有正负，无方向．正负表示电势的高低而不表示电场中电势差的大小．5．电势差是由电场本身的性质决定，与初末位置有关，与电场力对电荷做的功ＷＡＢ无关，与电荷所带电荷量ｑ无关．与零势点的选取无关．提示：电势差可与高度差类比知识点三：电势（标量）通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出。（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。（2）公式：qEp（与试探电荷无关）（3）单位：伏特（V）（4）电势与电场线的关系：电势顺线降低。（电场线指向电势降低的方向）（5）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择．（大地或无穷远默认为零），正号表示该点电势高于零势能点，负号表示该点电势低于零势能点（6）由电场本身条件决定，与该点是否放电荷、电荷电性、电荷量均无关3知识点四：电场强度、电势及电势能的关系电势、电势能和电场强度都是用来描述电场性质的物理量，它们之间有着十分密切的联系，但也有很大区别，解题中一定要注意区分，现列表进行比较.（1）电势与电势能比较电势电势能E电1反映电场的能的性质的物理量电荷在电场中某点时所具有的电势能2电场中某一点的电势的大小，只跟电场本身有关，跟点电荷q无关电势能的大小是由点电荷q和该点电荷共同决定的3电势差U是指电场中两点间的电势之差，BAABU，取ABABU则,0电势能差ΔE是指点电荷在电场中两点间的电势能之差ΔE=EA－EB，ΔE=W，取EB=0，EA=ΔE4电势沿电场线方向逐渐降落，取定零电势点后，某点的电势高于零者，为正值；某点的电势低于零者，为负值正电荷（+q）：电势能的正负跟电势的正负相同负电荷（－q）：电势能的正负跟电势的正负相反5单位:伏特单位：焦耳6联系：E电=UqEWqU电,（2）电场强度与电势比较电场强度E电势1描述电场的力的性质描述电场的能的性质2电场中某点的场强，等于放在该点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，即qFE，E在数值上等于单位电荷电受的电场力电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到的零电势点时的电场力所做的功，在数值上等于单位正电荷所具有的电势能3矢量标量4单位符号：N/C；V/m单位符号：V（1V=1J/C）5联系：①在匀强电场中EdUAB（d为A、B间沿电场线方向的距离）；②电势沿着电场强度的方向降落电势高低的判断（1）电场线法（2）做功法（3）场源电荷法4知识点五：等势面（1）定义：电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面.（2）特点：a.等势面一定与电场线垂直，即跟场强的方向垂直；b.在同一等势面上移动电荷时电场力不做功；c.电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面；d.电场线越密的地方，等势面越密.（3）几种常见的等势面如下：5知识点六：方法技能一、电场力做功与电势能改变的关系不论正电荷还是负电荷，只要电场力对它做正功，电荷的电势就能减小，减小的电势能转化为其他形式的能；电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加，必有其他形式的能转化为电势能，电场力做多少功，就有多少电势能和其他形式的能发生相互转化.二、电场力做功的计算1.在电场在将电荷q由A点转移到B点时，电场力对电荷q所做的功为)(BAABABqqUW.2.电场力做功和电荷移动的具体路径无关，只和被移动电荷的电荷量及初、末位置的电势差有关.3.计算电场力做功时，应将q、ABU的数值连同其正负号一起代入进行计算.若计算出W为正值，表示电场力做正功；若计算出W为负值，表示电场力做负功，这种方法简便易行，是计算电场力做功时较常用的方法.考点突破一、电场力做功的特点及求法1.电场力做功与路径无关，只与初末位置有关.（类似的有重力、弹力、万有引力，这有一类总称叫保守力）2.电场力做功的求法：（1）由公式ABABqUW来计算（2）由公式cosFSW计算，此式只适用于匀强电场，可变形为,cosqESW为电荷移动位移S与电场力qE的夹角.（3）由电场力做功与电势能的变化关系计算.BAABEEEW-（E表示电势能）.（4）由动能定理计算，从W电场力+W其它力=ΔEk中求W电场力.二、比较电荷在电场中两点电势能大小的方法1.根据场源电荷判断离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小；离场源负电荷越近，试探正电荷的电势能越小，试探负电荷的电势能越大.2.根据电场线的方向判断正电荷顺着电场线方向移动，电势能减小，逆着电场线移动，电势能增大，负电荷相反.3.根据做功判断无论正负电荷，电场力做正功，电荷从电势能大的地方移向电势能小的地方，电场力做负功时恰好相反.4.根据公式判断电荷在电场中某点P的电热能pqE，将pq,的大小，正负代入公式，pE的正值越大，电势能越大，负值绝对值越大，电势能越小.5.根据能量守恒定律判断在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和势能相互转化，动能增加，电势能减小，反之，电势能增加.三、根据带电粒子的运动轨迹和电场线（或等势面）判断有关问题应注意掌握以下几点1.带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向.2.带电粒子所受合力（一般仅受电场力）指向轨迹曲线的凹侧，再根据粒子的正负判断场强的方向.3.在一段运动中；若合力与速度方向成锐角，则合力做正功；成钝角，合力做负功.6练习：1．如图6-2-9所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1＝；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2＝；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做的功W3＝．由此可知电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是．2．一个点电荷，从静电场中的a点移到b点的过程中，电场力做功为零，则()A．a、b两点的电场强度一定相等B．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的C．a、b两点的电势差为零D．点电荷一定沿直线从a点移到b点3、如图6-2-1所示，P、Q是两个电量相等的正的点电荷，它们连线的中点是O，A、B是中垂线上的两点，OAOB，用EA、EB、A、B分别表示A、B两点的场强和电势，则（）A．EA一定大于EB，A一定大于BB．EA不一定大于EB，A一定大于BC．EA一定大于EB，A不一定大于BD．EA不一定大于EB，A不一定大于B4、在静电场中（）A．电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零B．电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同C．电场强度的方向总是跟等势面垂直的D．沿着电场强度的方向，电势总是不断降低的5、如图6-2-10所示，MN是电场中某一条电场线上的两点，若负电荷由M移到N时，电荷克服电场力做功，下列说法中不正确的是()A．M点和N点之间一定有电势差B．M点的场强一定大于N点的场强C．电场线的方向从M指向ND．M点的电势大于N点的电势6．下列关于电场的说法中正确的是()A．静电场中，电场强度大的点电势必定高B．静电场中，电场强度为零的各点电势是相等的C．匀强电场中，两点间的距离越大，则两点间的电势差就越大D．无论是匀强电场还是点电荷形成的电场，沿着电场线的方向，电势总是逐渐降低的7、关于静电场的以下说法正确的是（）A．沿电场线方向各点电势不可能相同B．沿电场线方向电场强度一定是减小的C．等势面上各点电场强度不可能相同D．等势面上各点电场强度方向一定是垂直该等势面的8、如图6-2-2甲是某电场中的一条电场线，A、B是这条电场线上的两点．将一负电荷从A点自由释放，负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度图象如图6-2-2乙所示，比较A、B两点电势的高低和场强的大小，可得()A．UAUBB.UAUBC．EAEBD．EA=EB图6-2-9图6-2-10MN图6-2-1图6-2-279、带电荷量为q=+5.0×10-8C的点电荷从A点移到B点时，克服电场力做功3.0×10—6J．已知B点的电势为UB=20V．求：(1)A、B间的电势差；(2)A点的电势；(3)q从A到B的电势能变化；(4)将q=-5.0x10—8C的点电荷放在A点时它的电势能．10、图6-2-3中A、B、C三点都在匀强电场中．已知AC⊥BC，∠ABC=600，BC=20cm．把一个q=10-5C的正电荷从A移到B，电场力做功为零；从B移到C，电场力做功为-1.73×10-3J，则该匀强电场的场强大小和方向是：（）A．865V/m，垂直AC向左B．865V/m，垂直AC向右C．1000V/m，垂直AB斜向上D．1000V/m，垂直AB斜向下11．电场中两点间电势差qWUABAB的意义是()A．它是由两点的位置决定的，与移送的电荷的种类和数量无关B．电势差与电场力做功成正比，与被移送的电量成反比C．电势差的大小等于移动单位电荷时电场力所做的功D．电场中两点间没有电荷移动，则电势差为零